Электроизмерительные приборы

Программа, предназначенная для создания и обработки графических данных.

37.Данные

Информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для хранения и обработки техническими средствами, например с помощью компьютера (ЭВМ).

38.Диалоговое окно

Прямоугольный сегмент экрана монитора для ввода данных и для управления работой приложения. Вызываемое командой окно, предназначенное для настроек, установок программы или определенного режима, действия.

39.Документ

Объект обработки прикладной программы.

40.Документ MS Word

Объект, обрабатываемый программой MS Word и содержащий текстовые ( в основном), табличные, графические, формульные и другие данные.

41.Документ программы Mathcad

Объект, обрабатываемый программой Mathcad и содержащий описание задач в виде, максимально приближенном к обычному математическому.

42.Драйвер (Driver)

Системная (служебная) программа, обеспечивающая взаимодействие между прикладной программой и устройствами компьютера (памятью, внешними устройствами).

43.Жесткий диск

Несъемный (обычно) магнитный носитель для постоянного хранения данных (в виде файлов).

44.Задача

Выполняемая программа-приложение.

45.Звуковая карта

Плата, содержащая устройства обработки звуковых данных.

46.Имя файла

Обозначение файла, содержащее собственно имя файла и расширение имени файла, разделяемые точкой; имя файла в Windows - это последовательность любых (кроме специальных) символов (до 255).

47.Интернет (Internet)

Глобальная информационная сеть, не имеющая определённой организационной структуры, представляющая объединение самостоятельных компьютерных сетей, созданных правительствами, научными, коммерческими и некоммерческими организациями.

48.Информатика

Наука, которая изучает общие законы, методы и средства организации, переработки и использования информации на основе современных средств вычислительной техники и средств телекоммуникации.

49.Информационная система

Взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и распространения (выдачи) информации в интересах достижения поставленной цели.

50.Информационная услуга

Получение и предоставление в распоряжение пользователя информационных продуктов.

51.Информационные процессы

Процессы сбора, накопления, хранения, обработки (переработки), распространения (передачи) и использования информации.

52.Информационные технологии

Методы и средства реализации информационных процессов на основе современных средств вычислительной техники и средств телекоммуникации.

53.Информационный продукт

Совокупность данных, сформированная производителем для распространения в любой форме на коммерческой или некоммерческой основе.

54.Информационный рынок

Рынок информационных продуктов и услуг, представляет собой систему экономических, правовых и организационных отношений по торговле продуктами интеллектуального труда.

55.Информация

Любые сведения (знания) об окружающем мире, о протекающих в нем процессах и явлениях, которые воспринимают живые организмы, управляющие машины и другие информационные системы.Отражение реального предметного мира с помощью сведений (сообщений), выражаемых в виде сигналов и знаков.Сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают степень неопределенности, неполноту знаний об этих объектах или явлениях.

56.Каталог (директория)

В MS-DOS - поименованная область на машинном носителе, содержащая файлы или подкаталоги (или пустая).

57.Кегль

В полиграфии - средняя высота шрифта; измеряется в пунктах.

58.Килобайт (Кб)

210 = 1024байт.

59.Клавиатура

Стандартное устройство для ввода данных и управляющих воздействий в компьютер.

60.Клиент

Программное средство или компьютер; клиенты запрашивают услуги у серверов.

61.Книга MS Excel

Объект, обрабатываемый программой MS Excel и содержащий набор листов, каждый из которых является таблицей.

62.Кодовая таблица символов

Внутреннее представление символов в компьютере. Каждый символ представляется десятичным числом (от 0 до 255), размещаемым в одном байте. Нижняя половина таблицы (ASCII, коды 0-127) является мировым стандартом, в частности, для кодирования символов латинского алфавита; верхняя половина таблицы (коды 128-255) используется в разных странах для кодирования своих алфавитов.

63.Колонтитул

Структурный элемент документа в верхней и/или нижней части страницы, содержимое которого повторяется на каждой странице документа в пределах одного раздела.

64.Командный (пакетный) файл

Текстовый файл с расширением имени.bat (в MS-DOS), содержащий последовательно выполняемые команды (например, команды запуска программ).

65.Контекстное меню

Меню, содержащее команды, операции, соответствующие конкретной ситуации (контексту), и вызываемое щелчком правой кнопки мыши по соответствующему объекту.

66.Курсор мыши

Метка на экране монитора, предназначенная для выполнения команд, операций, действий; вид курсора указывает на активный режим.

67.Локальная вычислительная сеть (ЛСВ)

Несколько компьютеров, соединенных между собой кабелями связи с целью обмена данными между пользователями и совместного использования ресурсов (программ, данных, дисковой памяти, периферийных устройств).

68.Мегабайт (Мб)

220 байт.

69.Меню

Набор объектов для выбора (команд, операций флажков, кнопок) на экране монитора.

70.Монитор

Устройство отображения (вывода) данных на экране электронно-лучевой трубки.

71.Монитор LCD

Монитор на основе жидкокристаллической матрицы.

72.НГМД

Накопитель на гибком магнитном диске (винчестер, HDD).

73.НЖМД

Накопитель на жестком магнитном диске (винчестер, HDD).

74.Окно документа

Прямоугольный сегмент экрана, в котором размещается документ Windows; может располагаться внутри окна программы-приложения.

75.Окно приложения

Прямоугольный сегмент экрана , соответствующий выполняемой программе-приложению.

76.Оперативная память

Совокупность электронных устройств (ячеек), каждая из которых может хранить комбинацию нулей и единиц - один байт. Ячейки нумеруются, начиная с нуля (адрес ячейки).

77.Операционная система

Набор (комплекс) программ служебного характера, которые обеспечивают взаимодействие составных частей вычислительной системы друг с другом и взаимодействие компьютера с пользователем при решении практических задач.

78.Отступ

Расстояние от края выделенной для текста области до текста слева или справа.

79.Палитра (наборное поле)

Окно в программе Mathcad, содержащее набор кнопок, вызывающих шаблоны для ввода, ввод символов и директив.

80.Панели инструментов

Набор инструментов (кнопок, полей) в окне программы или папки, предназначенных для быстрого выполнения основных операций.

81.Панель задач

Объект рабочего стола Windows, содержащий кнопку <Пуск> и ярлыки, связанные с некоторыми программами и режимами.

82.Панель инструментов

Элемент графического интерфейса в Windows, содержащий инструментарий для выполнения операций и управления программой.

83.Папка

Аналог каталога в MS Windows.

84.Переключатель

Пункт меню, пиктограмма панели инструментов, поле диалогового окна. Служит для указания, будет или не будет выполняться некоторая функция или включен некоторый режим. Называют также флажком.

85.Пиктограмма

Графическое представление на экране монитора в Windows папки, файла, окна, ярлыка, инструмента. Называют также значком, иконкой.

86.Поле

Расстояние от края страницы выбранного размера до выделенной для текста области слева, справа, сверху, снизу.

87.Полоса выделения

Область окна программы MS Word слева от текста, отмечаемая курсором мыши в виде стрелки, наклоненной вправо, и предназначенная для выделения строчных фрагментов.

88.Презентация

Набор слайдов (картинок), созданный специальной программой и предназначенный для последовательного показа на экране монитора или на настенном экране (с помощью проектора). Каждый слайд может содержать текстовую, графическую, аудио- и видеоинформацию.

89.Приложение

В Windows - прикладная программа.

90.Принтер

Устройство отображения (вывода) данных на бумаге. Различают матричные, струйные, лазерные принтеры.

91.Проводник (Windows Explorer)

Программа в системе Windows, предназначенная для обслуживания машинных носителей и файловой структуры.

92.Программа

Последовательность команд (директив, операторов), выполнение которой компьютером приводит к решению какой- либо задачи.

93.Программа Mathcad

Программа, предназначенная для решения сложных математических задач как численно, так и в символьном виде.

94.Протокол

Набор соглашений о правилах формирования и форматах сообщений в компьютерной сети, о способах обмена данными между абонентами сети.

95.Процессор центральный (ЦП)

Микросхема, содержащая основные электронные устройства компьютера - устройство правления и арифметико-логическое устройство.

96.Пункт

Единица измерения размера шрифта или интервала. Равен 1/72 дюйма (1 дюйм = 25.4 мм).

97.Рабочий стол Windows

Объект Windows, располагающийся на экране монитора, когда все другие объекты "закрыты".

98.Расширение имени файла

Набор символов (обычно от одного до трех), характеризующий тип файла.

99.Сервер

Программное средство или компьютер. Серверы обеспечивают услугами подключенных к ним клиентов.

100.Сигнал

Любой процесс (физический и др.), несущий информацию.

101.Системная (материнская) плата

Печатная плата, на которой расположены разъемы подключения основных устройств компьютера и отдельные электронные устройства.

102.Сноска

Структурный элемент текста - примечание, которое располагается в нижне части страницы или в конце документа и снабжается номером или другой меткой.

103.Стиль

Набор установок форматирования абзаца и форматирования символа, который может быть применен к выделенному фрагменту текста.

104.Таблица

Структура, образованная строками и столбцами.

Программное средство (прикладная программа) для создания и обработки табличных данных.

105.Табличный процессор

Программа, предназначенная для обработки документов табличной структуры.

106.Текстовый курсор

Метка в документе, обычно в виде вертикальной мигающей черточки, которая отмечает место коррекции (ввода) текста.

107.Текстовый редактор

Программное средство для ввода и редактирования текстовых документов (текстовых файлов).

108.Текстовый процессор

Программа, предназначенная для обработки в основном текстовых документов.

109.Тип файла

Указывает на содержимое файла и связывает файл с программой, его обрабатывающей.

110.Устройство управления (УУ)

Устройство в составе процессора, предназначенное для распознавания и организации выполнения команд процессором.

111.Файл

Поименованный набор данных, предназначенный для хранения на машинных носителях или для передачи по каналам связи.

112.Файловая система

Упорядоченная структура (обычно - древовидная, иерархическая) хранения файлов на машинных носителях.

113.Фильтр

Совокупность условий, которую указывает пользователь для поиска (выделения) каких-либо объектов.

114.Формат абзаца

Набор параметров абзаца (выравнивание, отступы, интервалы и др.).

115.Формат символа

Набор параметров шрифта (тип и размер шрифта, начертание, подчеркивание, эффекты и др.).

116.Фрагментированный файл

Файл, хранящийся фрагментами на свободных участках диска.

117.Чипсет

Набор микросхем, управляющих взаимодействий основных устройств компьютера.

118.Шаблон

Сохраняет свойства нового документа, созданного на основе данного шаблона, в том числе надписи и рисунки, которые должны появится в каждом документе - например колонтитулы, поля для вставки даты, времени и сведений об авторе, название документа, имя файла, стандартный текст или эмблема компании; поля страницы и другие параметры макета страницы, которые устанавливаются с помощью команды Параметры страницы (меню Файл); стили; макросы; текст и рисунки, сохраненные в библиотеке Автотекста; настраиваемые панели инструментов, меню и сочетания клавиш.

119.Ярлык

Специфический объект, представленный на экране монитора значком и предназначенный для открытия окна соответствующей программы или папки; представляет собой ссылочный файл. Объект Windows, связанный с объектами файловой структуры, объектами системы Windows или устройствами в составе компьютера.

120.Ячейка таблицы

Информационная единица табличной структуры на пересечении строки и столбца; в ячейке располагаются данные.

20. Статистическая обработка результатов прямых многократных измерений во время вычислительной практики

Одной из основных задач вычислительной практики является - научить студента не только правильно проводить измерения физических величин, но и точно получать количественную информацию о ней.

Основной задачей любых измерений является извлечение с заданной точностью и достоверностью количественной информации о физических величинах. Поскольку измерения практически всегда сопровождаются появлением случайных погрешностей, то обработка результатов измерений должна включать в себя операций над случайными величинами. Эти операции выполняются с помощью теории вероятности и математической статистики. Статистическая обработка результатов измерений - обработка измерительной информации с целью получения достоверных данных.

В настоящее время в отечественной метрологии наибольшее развитие получила теория измерений, основанная на понятии "погрешность" и являющаяся пока основой для большинства действующих в Российской Федерации нормативных документов. Дело в том, что при проведении практических измерений всегда важно оценить их точность. Понятие "точность измерений", т.е. степень приближения результатов измерения к истинному значению, обычно используют для качественного сравнения измерительных операций. Для количественной оценки применяют понятие "погрешность измерений". Поэтому для экспериментатора нахождение погрешности измерений - одно из важных действий по обеспечению единства измерений.

Задача статистической обработки результатов многократных измерений заключается в нахождении измеряемой величины и доверительных границ, в которых находится её истинное значение. Статистическую обработку используют для повышения точности многократных измерений, а также определения статистических характеристик случайной погрешности. Вместе с тем из результатов измерений невозможно полностью исключить и систематические погрешности измерений. И поскольку всегда остаются неисключенные систематические погрешности (НСП), то для их уменьшения статистическая обработка результатов измерений также необходима.

Для прямых однократных измерений статистическая обработка менее сложна и громоздка, что значительно упрощает оценку погрешностей. В производственных условиях точность таких измерений обычно оказывается вполне приемлемой. Вместе с тем практически всегда необходимо провести оценку их результатов.

Если в результатах измерений один или два существенно отличаются от остальных, а наличия ошибки в снятии показаний, описки и других ошибок не обнаружено, то необходимо проверить, не являются ли они промахами, подлежащими исключению.

Необходимость в многократных измерениях некоторой физической величины xи=xд=A (обозначение A введено для удобства) возникает при наличии в процессе измерений значительных случайных погрешностей. При этом задача статистической обработки в том, чтобы по результатам измерений определить значение измеряемой величины, близкое к истинному xи=A, и границы, в которых оно находится с заданной вероятностью. Задачу решают статистической обработкой результатов измерений, основанной на гипотезе о распределении случайных погрешностей по нормальному закону. Такую обработку необходимо проводить в соответствии с государственным стандартом и рекомендациями по метрологии. Методика обработки результатов измерений дается применительно к прямым многократным и равноточным измерениям и дополнена пояснениями.

Определение результата измерения и среднего квадратичного отклонения (средней квадратичной погрешности) СКО (СКП). Для удобства анализа предположим, что при выполнении п многократных прямых измерений одной и той же физической величины xи=A постоянная систематическая погрешность Дс полностью исключена (равна нулю). Тогда результат i-го измерения xi=xи+Ai получают с некоторой абсолютной случайной погрешностью Д, записанную в виде:

Дi=Дio=xi+xи

При нормальном законе распределения случайной погрешности Дi а истинную величину xи=A принимают её среднее арифметическое значение, равное математическому ожиданию m1 выполненного ряда из n измерений, т.е. полагают, что x=A=m1 есть результат измерения

x= (1)

Зная результат измерения величины xи вычисляют абсолютную погрешность каждого из n измерения



Центральный момент второго порядка, называемый дисперсией (англ. dispersion), характеризует расстояние погрешностей относительно центра распределения Д=0

Чем больше дисперсия, тем значительнее рассеяние погрешностей относительно центра распределения (среднего значения; англ. average value; часто mean value). Дисперсия имеет размерность квадрата погрешности и поэтому неудобна как характеристика рассеяния. Обычно вместо дисперсии используют среднюю квадратичную погрешность (СКП; далее пока более применимое среднее квадратичное отклонение - СКО)

(2)

Которая имеет размерность самой погрешности. Далее, воспользовавшись формулами (1) и (2), находят СКО величины , характеризующую точность метода измерений.

(3)

Результат измеряемого значения xи зависит от числа измерений n и безусловно является случайной величиной. Поэтому удобно вычислять СКО величины , которую назовём СКО результата измерения, записав , или проще .

Данное СКО характеризует степень разброса измеренных значений по отношению к истинному значению xи и для различных n определено по формуле (2) как

(4)

Формулы (3) и (4) соответствуют центральной предельной теории вероятностей и показывают, что точность метода (это относится к одному измерению) и точность результата многократных измерений увеличиваются с ростом числа n.

Среднее арифметическое значение ряда n измерений всегда имеет меньшую погрешность, чем погрешность одного определенного измерения. Это отражает формула (4), определяющая фундаментальный закон теории погрешностей, из которого следует что для повышения точности результата (при исключенной систематической погрешности), например, в 2 раза, необходимо число измерений увеличить в 4 раза; если требуется повысить точность измерений в 5 раз, то их число увеличивают в 25 раз и т.д.

Следует четко разграничивать применение СКО и величину используют при оценке погрешностей окончательного результата многократных измерений, а - при оценке погрешности одного определённого измерения (т.е. метода измерений).

Рассмотрим случай многократных измерений, когда результат конкретного i-го измерения содержит и случайную , и постоянную систематическую составляющие погрешности, т.е.

(5)



Подстановка значений xi в формулу (1) позволяет получить результат измерений x в следующем виде:

(6)

Из этого выражения следует, что многократные измерение и увеличение их числа n не влияют на систематическую составляющую погрешности результата измерений, но уменьшают случайную (за счет разных знаков отдельных погрешностей - очевидно, что они могут быть как со знаком "+", так и со знаком "-"). Поэтому в случае, когда в результате многократных измерений преобладает систематическая погрешность (например, при использовании прибора малой точности), следует ограничиться одним-двумя измерениями. Вопрос ограничения числа многократных измерений рассмотрен ниже.

Актуальность данного вопроса - первопланова, т.к. неопытному оператору (студенту первокурснику) трудно получить (без промахов) точную количественную информацию. Поэтому одной из основных задач вычислительной практики является - научить студента не только правильно проводить измерения физических величин, но и точно получать количественную информацию о ней.

Обнаружение и исключение промахов из результата измерений. При однократном измерении величины промах может быть обнаружен только путем логического анализа или сопоставления результата с априорной информацией о нем. Если причина промаха установлена, то результат однократного измерения следует признать ошибочным и повторить измерение. При многократных измерениях одной и той же величины постоянного размер промахи проявляются в том, что результаты отдельных измерений, входящих в один ряд, резко отличаются от остальных результатов этого ряда.

Решение задачи исключения промахов выполняют общими методами проверки статистических гипотез. Проверяемая гипотеза состоит в утверждении, что результат i-го измерения xi не содержит промаха, т.е. является одним из значений измеряемой величины. Пользуясь определенными статистическими критериями, пытаются опровергнуть выдвинутую гипотезу. Если это удается, то этот результат измерения рассматривают как промах и его исключают.

Общие методы исключения промахов. Вопрос об исключении промахов невозможно однозначно решить в общем виде, поскольку для принятия такого решения требуется тщательный анализ конкретных целей измерений, особенностей средств измерений и характера поведения измеряемой величины. Особую осторожность следует проявлять тогда, когда исследуются процессы с малоизученными характеристиками. Разработка и анализ методов исключения имеют большое практическое значение, поскольку при использовании сложной измерительной аппаратуры доля аномальных результатов может достигать 10..15% общего числа измерений.

Рассмотрим методики использования некоторых критериев.

Критерий "трех сигм". Данный критерий применяют для результатов измерений, распределённых по нормальному закону, и одним из граничных параметров служит оценка СКО измерений . По этому критерию считается, что результат, полученный с уровнем значимости q < 0.003 (соответственно вероятностью P > 0.997), маловероятен и его можно считать промахом, если . Значения q и вычисляют без учета экспериментальных xi. Данный критерий достаточно хорошо работает при числе измерений n

Критерий оценки аномальности (иногда - анормальности) результатов измерений при неизвестном СКП (СКО) . При исключении по этому критерию промахов из результатов измерений проводят такие операции.

1. Результаты группы из n многократных измерений, называемые выборкой, упорядочивают по возрастанию xj<x2<…< xn. По формулам (1) и (3) вычисляют среднее арифметическое значение и СКО этой выборки. Для предполагаемых промахов, которыми могут быть, например, показания x1 и xn проводят расчет коэффициентов

(7)

2. Задаются уровнем значимости критерия ошибки q. Очевидно, этот уровень должен быть достаточно малым, чтобы вероятность ошибки была невелика. Из таблицы 5.1 по заданным параметрам q и n находят предельное (граничное) значение коэффициента

(8)

3. Сравнивают коэффициенты, определяемые по формулам (7) и (8) выполняются условия в1> вг и вn> вг, то результаты x1 и xn относят к промахам и исключают из полученных результатов измерений физической величины.

Таблица 3 Предельное значение коэффициента вг

Число измерений n	Предельное значение вг при уровне значимости q	Число измерений n	Предельное значение вг при уровне значимости q
	0,100	0,075	0,050	0,025		0,100	0,075	0,050	0,025
3	1,15	1,15	1,15	1,15	12	2,13	2,20	2,29	2,41
4	1,42	1,44	1,46	1,48	13	2,17	2,24	2,33	2,47
5	1,60	1,64	1,67	1,72	14	2,21	2,28	2,37	2,50
6	1,73	1,77	1,82	1,89	15	2,25	2,32	2,41	2,55
7	1,83	1,88	1,94	2,02	16	2,28	2,35	2,44	2,58
8	1,91	1,96	2,03	2,13	17	2,31	2,38	2,48	2,62
9	1,98	2,04	2,11	2,21	18	2,34	2,41	2,50	2,66
10	2,03	2,10	2,18	2,29	19	2,36	2,44	2,53	2,68
11	2,09	2,14	2,23	2,36	20	2,38	2,46	2,56	2,71

Как видно из данных табл. 3, с уменьшением уровня значимости q коэффициент вг увеличивается при выбранном числе измерений п. Это означает, что при снижении значения q все меньше число результатов измерений может быть отнесено к промахам поскольку усложняется выполнение условия вi> вг. Поэтому слишком малые значения не используют, и они в табл.3 не показаны.

Пример 5.1. При измерении сопротивления резистора получена упорядоченная выборка пяти следующих значений: 180; 182; 183; 184; 196 Ом. Требуется оценить результат измерения 196 Ом при заданном уровне значимости ошибки q=0,05.

Решение. Для данной выборки по формулам (1) и (4) вычислим оценки среднего арифметического значения Ом и СКО измерений =6,3 Ом. Затем с помощью (7) вычислим в5=1,75. По табл.3 для n=5 и q=0,050 найдём вг=1,67. Так как в5> вг, то результат 196 Ом считаем промахом и исключаем из выборки измерений.

Пример 5.2. Проверить результаты 18 измерений сопротивления резистора R(Ом) представленные в табл.4, на наличие грубых погрешностей (промахов).

Таблица 4 Результаты измерений

Ri	8,619	8,380	8,498	8,484	8,340	8,526	8,394	8,641	8,420
Ri	8,553	8,522	8,408	8,283	8,494	8,399	8,561	8,551	8,669

Решение. Упорядочим результаты измерений Ri по возрастанию (см. табл.5) и введем их нумерацию.



Таблица 5 Упорядоченные результаты измерений

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Ri	8,283	8,340	8,380	8,394	8,399	8,408	8,420	8,484	8,494
I	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Ri	8,498	8,522	8,526	8,551	8,553	8,561	8,619	8,641	8,669

Проверим, не относится ли минимальное R1=8,283 Ом и максимальное R18=8,669 Ом значения измерений к грубым погрешностям. Порядок проверки следующий.

1. С помощью формул (1) - (4) последовательно вычислим результат измерений , абсолютную погрешность каждого измерения (расчетные значения представлены таблице 6) и СКО проверенных измерений .

Ом

Таблица 6. Расчетные значения к примеру 5.2

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	-0,203	-0,146	-0,106	-0,092	-0,087	-0,078	-0,066	-0,002	0,008
i	10	11	12	13	14	15	16	17	18
	0,012	0,036	0,040	0,065	0,067	0,075	0,133	0,155	0,183

2. Приведем Расчет коэффициентов в1 и в18 по формуле (7)



3. Задаем уровнем значимости ошибки q=0,1. По числу приведённых измерений n=18 и значению q=0,1 из табл.3 найдем значение коэффициента вг=2,34.

4. Убедимся, что результаты измерений R1 и R18 не являются грубыми погрешностями, так как в1 < вг и в18 < вг и сделаем аналогичный вывод для всех результатов измерений.

При небольшом числе измерений (до 10) рекомендовано использовать критерий Шовине. Согласно этому критерию, промахом считают результат xi, если абсолютная разность превышает значения СКО у с некоторым коэффициентом, зависящим от числа многократных измерений n:

Пример 5.3. При 10 измерениях напряжения получены следующие результаты: 12,10; 12,12; 12,07; 12;40; 12,08; 12,13; 12,15; 12,16; 12,20; 12,17 В. Следует проверить, не является ли промахом значения напряжения 12,4 В?

Решение: Обработав полученные результаты измерений, получим такие значения:

Согласно критерию Шовине (9) . Значит четвёртый результат измерения 12,40 В является промахом.

Пример 5.3а. При измерении восьми значений емкости конденсатора получены следующие результаты: 1338, 1315, 1344, 1361, 1321, 1384, 1367 и 350 используя критерий Шовине, не является ли пятый результат промахом?

Решение: находим среднее арифметическое по формуле

Тогда =1347,5. Определяем разность между каждым измеренным результатом и средним значением. Тогда имеем: (-9,5)2=90,25; (-32,5) 2=1056,25; ..2,52=6,25; посчитаем по формуле:

пФ

Тогда согласно критерию Шовине (9):

Следовательно, данное измерение (1384) не является промахом.

21. Приборы, используемые для практических работ во время прохождения вычислительной практики. Основные правила по технике безопасности при работе с электроизмерительными приборами

Ампервольтомметр. Аналоговый омметр [9]. Комбинированный переносный прибор (ампервольтомметр Ц4313 (тестер)) (рисунок 50) предназначен для непосредственного, измерения тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока, сопротивления постоянному току, емкости и относительного уровня переменного напряжения.



Рисунок- 50 Тестер - комбинированный прибор.

Малое потребление прибора (20000 Ом/В при постоянном напряжении и 2000 Ом/В при переменном напряжении) позволяет производить измерения без заметных нарушений режима j исследуемой цепи. Прибор выпускается в модификациях: Ц4313 - для работы при температуре окружающего воздуха от минус 10 до +40°С и относительной влажности до 80%.Прибор имеет большее количество пределов измерения. Малое количество органов управления создает удобства в эксплуатации и снижает вероятность выхода прибора из строя из-за неправильного включения. Внешний вид прибора(рисунок) соответствует требованиям архитектоники. Принцип действия тестера. В приборе применен измерительный механизм магнитоэлектрической системы на растяжках с внутри-рамочным магнитом. Расширение пределов измерения по току и напряжению осуществляется путем применения шунтов и добавочных сопротивлений. Выпрямление переменного тока происходит по двух-полу периодной схеме выпрямления на германиевых диодах. Прибор измеряет среднее значение переменного тока или напряжения, но градуирован в действующих (эффективных) значениях при практически синусоидальной форме кривой (коэффициент формы КФ=1,11).Измерение сопротивлений производится по последовательной схеме магнитоэлектрического омметра. Измерение емкости производится по параллельной схеме выпрямительного микрофарадметра.

Основные правила по технике безопасности при работе с прибором Ц4313. При измерении прибором в цепях с напряжением выше 30 В необходимо выполнить требования правил техники безопасности. При измерении в цепях с высоким напряжением рекомендуется подключать и выключать прибор при выключенном напряжении в исследуемой цепи .Измерения в цепях с напряжением выше 200-300 В должны производиться в присутствии других лиц. Измерения со щупом необходимо производить одной рукой, вторая рука должна оставаться свободной во избежание прохождения электрического тока через организм человека.

Подготовка прибора к работе. Для получения правильных результатов и для предупреждения возможных повреждений прибора при пользовании им придерживаются общих правил:

а) перед измерением прибор устанавливают в горизонтальное положение;

б) стрелку прибора при помощи корректора устанавливают на начальные отметки шкал;

в) переключатель рода работы должен быть в положении, соответствующем роду измеряемой величины;

г) переключатель пределов измерения должен находиться в положении, соответствующем ожидаемому значению измеряемой величины. Если последнее не известно даже приблизительно, следует начинать измерения с максимального предела, постепенно переходя на наиболее подходящий предел;

д) включение прибора в измерительную схему производят в соответствии с маркировкой у зажимов и гнезда. При измерении на повышенных частотах емкостные токи утечки между элементами прибора и окружающими предметами могут вызвать значительные погрешности. Во избежание этого схема должна собираться так, чтобы общий зажим прибора (обозначен ) был заземлен.

е) не переключают под током переключатель пределов измерения, в особенности при измерении больших токов в цепях с высоким напряжением, так как это может привести к повреждению прибора вследствие обгорания контактов переключателя.

Сравнительно безопасным для прибора является переключение при измерении малых токов (до 60ма) в цепях со сравнительно низким напряжением (100-200 В).

ж) по окончании измерений, отключив прибор от исследуемой цепи, целесообразно установить переключатель пределов измерения в положение "600 В", а переключатель рода работы- в положение "~". Это часто предохраняет прибор от повреждения при последующих включениях, даже если они будут выполнены не правильно.

Включение прибора в исследуемую цепь производят посредством прилагаемых к прибору соединительных проводов со съемными плоскими наконечниками и съемными зажимами типа "крокодил". Соединительные провода подключают к прибору штепсельными наконечниками или надетыми на них съемными плоскими наконечниками. В том случае, когда желательно обеспечить длительный контакт, на концы соединительных проводов, которые должны подключаться к исследуемой цепи, следует надеть съемные плоские наконечники или зажимы типа "крокодил" , а для кратковременного подключения пользуются соединительными проводами со щупами.

Правила работы с прибором.

Измерение тока и напряжения - Переключатель рода работы устанавливают в положение "--" при измерении на постоянном токе или в положение "~" при измерении на переменном токе. Прибор включают в измерительную цепь зажимами иПереключатель пределов измерения устанавливают в положение, соответствующее значению измеряемого тока. Отсчет измеряемой величины производят по шкале с обозначением "-" при измерении постоянного тока и напряжения или по шкале с обозначением "~" при измерении переменного тока и напряжения.

Измерение сопротивления постоянному току. Измерения на пределах 0,5; 5; 50; 500 кОм Источником питания служит батарея сухих элементов с внутренним сопротивлением около 5 Ом. Переключатель рода работы устанавливают в положение "rx". Соединительные провода замыкают накоротко и вращением ручки "Уст. 0" устанавливают стрелку на нулевую отметку шкалы "?, к?". (Если не удается установить стрелку прибора подобным образом, следует сменить батарею сухих элементов. Диапазон регулировки рассчитан на напряжение батареи от 3,7 до 4,7 в). После указанной регулировки прибора соединительное провода размыкают и к ним присоединяют измеряемое сопротивление. Отсчет измеряемой величины" производят по шкале "?, к?"

Техническая характеристика Ц4313. Основная погрешность прибора выражается в процентах от: конечного значения шкалы при измерении силы тока и напряжения; при измерении сопротивления постоянному току, емкости и относительного уровня переменного напряжения в процентах от длины рабочей части шкалы. Длина рабочей части шкалы составляет (примерно) 62 мм. Основная погрешность прибора (±2.5%) не превышает вышеуказанных значений при нормальных значениях влияющих величин, которыми являются (наклон прибора, температура, частота, форма кривой, магнитное поле). Класс точности омметра 2,5. Этот знак наносят на шкалу прибора. Прибором Ц4313 измеряют ёмкость, ток и напряжение, относительный уровень переменного напряжения. На точность измерения влияет наклон прибора, температура окружающей среды, частота переменного тока, форма кривой, внешнее магнитное поле. Аналоговый омметр работает с последовательной и параллельной схемой включения. Наивысшая точность аналоговых омметров имеет место на середине шкалы, а по краям диапазон погрешности измерения сопротивления стремится к бесконечности. По этой причине весь диапазон разбивается на ряд поддиапазонов, которые устанавливаются так, чтобы отклонения указателя при измерении Rx находилось в средней части шкалы.

Для регулировки омметра с последовательной схемой перед измерениями замыкают накоротко его зажимы с надписью Rx и в том случае, если стрелка не устанавливается на отметке 0, перемещают её до этой отметки с помощью шунта. Регулировка омметра с параллельной схемой производится при отключенном сопротивлении Rx . Вращением рукоятки шунта указатель устанавливают на отметку шкалы, соответствующей назначению Zx=?. В некоторых омметрах для регулировки используется не магнитный шунт, а сопротивления.

Генератор. Генераторы колебаний предназначены для получения электрических сигналов различной формы с заданной амплитудой и частотой (рис. 51.).

Рисунок 51 - График колебаний сигнала

Где Um - амплитуда - максимальное отклонение от начального значения, Т(с) - время одного полного колебания, f- частота (Гц).

Измерительные генераторы (рисунок 52) широко применяются в технике при настройке и проверке приборов, определение характеристики схем, испытании сложных систем и т.д. По назначению они делятся на генераторы: сигналов низких частот (инфразвуковых и сверхвысоких частот) Г3…; сигналов высоких частот (высоких и сверхвысоких) Г4…; импульсов Г5..; шумовых сигналов Г2..; сигналов специальной формы Г6..; качающейся чистоты (свип-генераторы) Г8… Измерительные генераторы характеризуются рядом параметров, важнейшими из которых являются следующие.

Диапазон частоты выходного сигнала. Современные генераторы перекрывают широкий спектр частот от сотых долей герца до частот СВЧ - диапазона. Для получения широкого диапазона частот генераторы обычно выполняются с несколькими поддиапазонами.

Генераторы синусоидальных сигналов. В генераторах синусоидальных сигналов в качестве задающих устройств используются RC или LC-генераторы. RC-генераторы применяются в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, а LC-генераторы - в диапазоне высоких частот.

Инфранизкочастотные генераторы по схеме RC-или LC-генераторов не выполняются. Это объясняется тем, что на инфранизких частотах необходимы большие номиналы резисторов, конденсаторов, индуктивностей. При этом растут размеры элементов и снижается точность их изготовления. Хорошие результаты измерений можно получить, используя схему генератора синусоидальных сигналов RC. Выходной сигнал данной схемы является решением дифференциального уравнения следующего вида:

(1)

Решая данное уравнение, получаем

Рисунок -52 генератор синусоидальных сигналов

Т.е. синусоидальный сигнал с частотой

Интеграторы и инверторы генератора выполняются на операционных усилителях. Плавное изменение частоты выходного сигнала осуществляется изменением коэффициентов деления a1 и a2, а ступенчатое - изменением значений резисторов и конденсаторов, определяющих постоянную времени интеграторов. Схема генератора позволяет установит желаемую начальную фазу колебаний, что существенно на инфранизких частотах. Для установки начальной фазы заряжают времязадающие конденсаторы в интеграторах до определенного напряжения. Практические схемы инфранизкочастотных генераторов имеют дополнительную цепь положительной обратной связи для обеспечения устойчивых незатухающих колебаний и узел нелинейной функции, обеспечивающий стабильность амплитуды выходного сигнала генератора.

Осциллограф. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ)

Осциллографы бывают электромеханические и электронные. Электронные осциллографы предназначены для исследования формы электрических сигналов путём визуального наблюдения и измерения их временных и амплитудных значений [9]. Двухканальные и двухлучевые электронные осциллографы применяют для одновременного наблюдения осциллограмм двух сигналов на экране одной ЭЛТ. Электромеханические (шлейфовые) применяются для исследования формы электрических сигналов с частотой до 10кГц. Значение и область применения электронного осциллографа в настоящее время очень велики. Главнейшими преимуществами его по сравнению с электромеханическим осциллографом являются ничтожно малое собственное потребление мощности от испытуемого источника напряжения и возможность исследования процессов, частота которых достигает сотен мегагерц, а также весьма кратковременных непериодических явлений.

Электронный осциллограф применяют для исследования формы электрических сигналов путём визуального наблюдения и измерения их временных и амплитудных значений.

Осциллографы бывают одноканальные и двухканальные. Размеры изображения по вертикали и горизонтали регулируются чувствительностью каналов.

С помощью осциллографа измеряют: амплитуду сигнала; постоянный ток (косвенно); сопротивление резистора (косвенно); постоянное напряжение; частоту сигнала; длительность временного интервала, по формуле: , где с - коэффициент развёртки, n - число делений по горизонтальной шкале; мощность потребления цепи (косвенно).

Главными узлами любого осциллографа являются: электронно - лучевая трубка, усилитель вертикального отклонения луча, генератор развёртки луча и обобщенный электро-узел сервисного обслуживания осциллографа.

Основным элементом электронного осциллографа является электронно-лучевая трубка.

В качестве источника электронной эмиссии в трубке могут быть использованы как холодные, так и накаленные катоды. Формирование электронного луча и управление его перемещением в зависимости от различных законов исследуемых явлений производятся при помощи либо электрических, либо магнитных полей.В современной технике осциллографирования в большинстве случаев применяются электронно - лучевые трубки с горячим катодом и электростатическим управлением.

Устройство такой трубки схематически показано на рис. 53. В начале горловины помещено устройство для создания фокусированного пучка электронов (электронного луча), называемое "электронной пушкой", или "электронным прожектором". "Электронная пушка" состоит из подогревного катода, управляющего электрода или сетки и двух анодов.

Изменение потенциала управляющего электрода дает возможность регулировать плотность электронов в пучке и тем самым менять яркость изображения. Кроме того, при помощи сетки производится предварительная фокусировка электронного пучка. Окончательная фокусировка осуществляется в поле между первым и вторым анодами.



Рисунок 53 - Устройство электронно-лучевой трубки с горячим катодом

Фокусировка регулируется путем изменения напряжения на первом аноде, который поэтому называется фокусирующим. Необходимое ускорение электронов в поступательном направлении обеспечивается вторым анодом, вследствие чего он иногда называется ускоряющим. Обычно между сеткой и первым анодом помещается еще добавочный, ускоряющий, электрод (на рис. 53. не показан), который соединен со вторым анодом и служит для устранения влияния регулирования фокусировки на яркость светящегося пятна.

Электронный пучок в конце своего пути попадает на внутреннюю торцовую поверхность расширенного конца колбы, называемую экраном. Эта поверхность покрыта специальными составами -- люминофорами, которые обладают способностью светиться под действием электронной бомбардировки в тех местах, куда попадают электроны. Если на пучок электронов на его пути между вторым анодом и экраном воздействовать отклоняющими силами, возникающими при прохождении пучка в электрическом поле, то светящееся пятно на экране будет соответственно перемещаться. Таким образом, электронный пучок можно уподобить подвижной части измерительного механизма прибора, отклонения которой зависят от напряжения, приложенного к отклоняющим пластинам. Отклоняющая система электронно-лучевой трубки состоит из двух пар пластин, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 53). Пластины, лежащие в горизонтальной плоскости, отклоняют луч в вертикальном направлении и называются электродами вертикального отклонения, или y-электродами; пластины, лежащие в вертикальной плоскости и смещающие луч в горизонтальном направлении, называются электродами горизонтального отклонения, или х-электродами. Если к какой-либо паре пластин приложить переменное напряжение, то луч прочертит на экране светящуюся прямую линию. Определим величину смещения светящегося пятна от исходного положения в результате прохождения луча в поле отклоняющих пластин. Пусть l (рис. 54) -- длина пластин,

Рисунок 54 - Смещение электронного луча под действием электростатического поля. а -- расстояние между ними, L -- расстояние от пластины до экрана и U -- напряжение, приложенное к пластинам.

Пренебрегая искажениями у краев пластин, полагаем электрическое поле внутри них равномерным, т. е. считаем, что напряженность поля .Электрон, движущийся прямолинейно и равномерно с начальной скоростью v0, проходя между пластинами, смещается в сторону, противоположную направлению силовых линий поля. Как известно, движение электрона в поперечном электрическом поле описывается уравнением:

где е -- заряд электрона;

m -- его масса;

X и Y -- координаты электрона.



Для точки б (в месте выхода электрона из пространства между пластинами) уравнение примет вид:

Выходя за пределы пластин, электрон продолжает перемещаться прямолинейно по касательной к 0б.



Заключение

В результате прохождения первой летней вычислительно - ознакомительной практики в лабораториях кафедры Информационных измерительных систем и технологий (ИИСТ) изучен и усвоен материал о составе структуры кафедры, профессорского-преподавательском составе (ППС), учебно-воспитательном персонале (УВП) истории создания и развития кафедры, количеством, расположением и назначением учебных лабораторий Ознакомилась с учебным планом специальности изучены и усвоены названия специализированных лабораторий, курсовых и лабораторных (работ), проводимых на втором и третьем этажах лабораторий кафедры ИИСТ, ознакомлен (а) с названием ,назначением, принципом действия и конструкцией некоторых основных систем и схем электроизмерительных приборов, преобразователей и вычислительной техники, изучена инструкция по охране труда и ТБ.

Ознакомлен с назначением, принципом действия и конструкцией некоторых основных систем и схем аналоговых электроизмерительных приборов. Аналоговые измерительные приборы являются развивающимися средствами информационно-измерительной техники. Дальнейшее развитие получат электронные аналоговые измерительные устройства, основанные на современной элементной базе, что позволит улучшить метрологические характеристики аналоговых приборов.

В большинстве современных приборов предполагается организация линейного выхода по напряжению или току для целей контроля, управления и сигнализации. При современном уровне техники поставленные задачи могут быть решены схемными или алгоритмическими методами.

Познакомились с объектами профессиональной деятельности выпускников направления 20010062 "Приборостроение", с метрологической службой на заводе, её структурой и функцией:

- с понятием "метрология", "метрологические характеристики приборов"

- с терминами "прибор", "приборостроение", "конструирование", "технология проектирования", "патентность при разработке прибора" и др. Узнали главные должности должностных категорий приборостроительной специализации 20010062 - "конструктор и технолог".

В качестве практической работы выполнена поверка аналогового прибора, по результату которой предоставлен отчет в ручном и компьютерном вариантах с помощью составленной программы. Изучены схемы для измерения сопротивлений на постоянном токе и приведен результат определения погрешностей. Изучен и усвоен материал статической обработки результатов измерений физических величин, а так же общие методы исключения промахов из результата вычислений. Изучен и усвоен персональный компьютер в измерительной технике. Изучен и усвоен материал статистической обработки результатов измерений физических величин, а также общие методы исключения промахов из результата вычислений. Материал изученный в соответствии с планом прохождения вычислительной практики, изложен в данном отчете. В приложении приведены программы обработки представленного материала и результаты обработки лабораторных экспериментов с помощью персонального компьютера.



Список литературы

1. Раннев Г.Г. Информационно-измерительная техника и электроника: учебник для вузов, 2006г.

2. В.А. Иванцов История кафедры "Информационно-измерительная и медицинская техника". Время. События. Люди. Новочеркасск 2001.

3. Основы метрологии и электрические измерения. Учебник для вузов/под редакцией Я.И. Душина, издательство Энерготом. 1987 г.

4. Фуфаев Э.В. Компьютерные технологии в приборостроении. Учебное пособие для вузов 2009.

5. Карпенков Х.С. Современные средства информационных технологий. 2009.

6. Общие требования и правила оформления текстовых документов в учебном процессе. Новочеркасск, НГТУ, 1999 г, 24 с.

7. Шкабардня М.С "Приборостроение - ХХ век"2004 г.

8. Важинский Н.М. "Технический словарь-справочник по конструированию и технологии производства приборов", ЮРГТУ. 2007г.

9. Болдырев В.Т., Горбатенко Н.И., Важинский Н.М., Кревченко Ю.Р., Ляхов Л.И., Митина В.Ф., Некрасов Ю.В. "Методические указания к лабораторным работам по основам метрологии и электрическим измерениям", ЮРГТУ 2010 г.



Приложение

Лабораторные работы с использованием осциллографа, генератора, цифровых и аналоговых измерительных приборов

Определение параметровэлектронного сигнала при помощи осциллографа и генератора.

1. Включить генератор и осциллограф в цепь.

2. На генераторе установить примерные значения амплитуды и частоты сигналов.

3. На генераторе выбрать форму сигнала (синусоидальную, треугольную, прямоугольную, пилообразную).

4. С помощью переключателя в/см на осциллографе установить максимальным предел измерения по напряжению.

5. С помощью шнура соединить выход генератора и добиться устойчивого изображения сигнала на экране осциллографа.

6. С помощью ручек синхронизации на осциллографе добиться устойчивого изображения на экране осциллографа.

7. С помощью ручек в/см и время/см добиться наиболее удобного изображения сигнала на экране осциллографа.

8. Определить амплитуду, период и частоту исследуемого сигнала.

9. Если необходимо, то с помощью ручек перемещение по горизонтали и по вертикали на осциллографе переместить изображение в нужное место экрана.

Измерение параметров электронного сигнала при помощи осциллографа и генератора.

Цель работы:

ѕ Изучить принцип действия и структурную схему одноканального осциллографа;

ѕ Усвоить методы измерений параметров электрических сигналов с использованием электронного осциллографа;

ѕ Приобрести навыки работы с осциллографом при измерении параметров электрических сигналов в режимах внутренней и внешней синхронизации.

Рисунок п. 1 - структурная схема одноканального осциллографа.

Порядок и программа работы:

1. До включения в сеть установить органы управления на передней панели осциллографа в исходное положение в соответствии с разделом "Подготовка к работе" инструкции к осциллографу.

2. После включения осциллографа в сеть произвести его балансировку.

3. Произвести калибровку коэффициента отклонения и коэффициента длительности развертки.

4. Измерить амплитуду, частоту, периодсинусоидального и импульсного сигналов, временую задержку между двумя синхронными сигналами, длительность импульса, постоянное напряжение, ток. Результаты измерений занести в таблицу.

Приборы, используемые при измерении параметров сигналов:

1. Осциллограф GOS-620 (Рис п2 )

2. Генератор звуковых частот типа Г3-118. (Рис п3 )

3. Импульсный генератор типа Г5-54. (Рис п4 )

4. Электронный вольтметр типа В7-16А. (Рис п5 )

5. Стабилизированный источник питания типа Б5-48.



Измерение временных интервалов. Для обеспечения максимальной точности следует соблюдать следующие условия измерения:

ѕ размер изображения измеряемого временного интервала должен быть большим, что уменьшает погрешность отсчета;

ѕ размеры изображений по горизонтали измеряемого и калибровочного сигналов (или нескольких их периодов) должны быть по возможности одинаковыми, что исключает погрешность за счет нелинейности, так как в этом случае действие нелинейности одинаково на измеряемый и калибровочный сигналы;

ѕ калибровка перед измерением должна производиться для каждого из положений множителя TIME/DIV;

ѕ измерение и калибровку проводить на горизонтальной осевой линии шкалы с делениями.

Длительность измеряемого временного интервала (например, периода сигнала) определяется по формуле

=nc,

где n - число делений по горизонтальной шкале, соответствующее измеряемому

Измерение частоты. Частоту сигнала можно определить, измерив его период Т, так как



f =1/Т.

Другим методом определения частоты является метод сравнения неизвестной частоты с эталонной по фигурам Лиссажу. В этом случае на усилитель вертикального отклонения подают сигнал, частоту которого надо измерить, а на усилитель горизонтального отклонения -- сигнал генератора образцовой частоты, которую можно изменять (режим Y(X)).